تحليل عددي مدل سه‌بعدي طناب نخاعي در شرايط بيماري سيرنگوميلي با استفاده از روش بر‌هم‌كنش سيال و جامد

Numerical Analysis of 3D Model of Spinal Cord in Syringomyelia Disease Conditions Using Fluid-Solid Interface Technique

بزرگ شدن سيرينكس در بيماري سيرنگوميلي، باعث بروز آسيب نورولوژيكي پيشرونده ميشود؛ بنابراين، بررسي عوامل دخيل در توسعه سيرينكس، در يافتن روش‌هايي براي كنترل اين بيماري بسيار اهميت دارد. يكي از فرضيات باليني مهم در رابطه با علت توسعه سيرينكس، انتشار موج شوك فشار در سيال فضاي ساب‌آراكنوييد را عامل اصلي حركت سيال داخل سيرينكس و در طولاني‌مدت، توسعه سيرينكس و آسيب فزاينده به نخاع، مي‌داند. مدل‌سازي و تحليل حاضر در راستاي آزمودن اين فرضيه و به كمك روش المان محدود انجام شده است؛ به اين ترتيب كه يك مدل سه‌بعدي، شامل سيرينكس، طناب نخاعي، سيال مغزي-نخاعي در فضاي ساب‌آراكنوييد، لايه سخت‌شامه و گرفتگي، ايجاد شد. تحريك پالس فشار به سطح بالايي مدل سيال فضاي ساب‌آراكنوييد، كه تاثير پالس شرياني جمجمه‌اي را شبيه‌سازي ميكرد، اعمال شد. سيال مغزي-نخاعي، به‌صورت نيوتني و جريان آن، به‌صورت لايه‌اي فرض شد. رفتار جامد نيز، الاستيك خطي در‌نظر‌گرفته شد. تحليل برهم‌كنش سيال و جامد توسط نرم‌افزار ADINA اجرا شده و مشخصات جريان سيال، شامل ميدان سرعت و فشار و همچنين تنش‌هاي ايجاد‌شده در بافت‌ها، استخراج شد. نتايج نشان مي‌دهد كه انتشار موج فشار در سيال فضاي ساب‌آراكنوييد، به القاي حركت در سيال سيرينكس منجر مي‌شود و با توقف سيال در انتهاي سيرينكس، افزايش فشار موضعي به ايجاد تمركز تنش در بافت نخاعي مي‌انجامد؛ اما مقادير اين تنش‌ها، كمتر از حد تحمل بافت نخاعي است و انتشار موج فشار در اين شرايط، نمي‌تواند عامل اصلي توسعه سيرينكس باشد.

Syrinx growth in Syringomyelia desease causes progressive neurological disorders. Thus, the examination of effective factors in syrinx development is so important for controlling this desease. One of clinical assumptions related to the reason of syrinx development, considers the propagation of pressure wave shock in subarachnoid-space fluid as the main reason for fluid motion in syrinx and syrinx development and increasing damage to spinal cord. Modeling and analysis have been performed to test the theory in this research using finite element method. So a 3d model was created including syrinx, spinal cord, cerebrospinal-fluid in subarachnoid-space, dura mater and stenosis. Pressure puls stimulation was applied to the superior surface of the subarachnoid-space fluid model simulating arterial puls of skull. Cerebrospinal-fluid has been assumed as a Newtonian fluid with laminar flow. The solid phase has been considered to be linear elastic. The fluid-solid interface was analized using ADINA software and fluid flow characteristics were extracted including velocity and pressure field as well as tissue stresses. Results show that pressure wave propagation in subarachnoid-space fluid causes the induction of motion in syrinx fluid, and stress concentration is created in spinal tissue due to the fluid cessation in syrinx and increasing local pressure, however these stress values are lower than spinal tissue strength and pressure wave propagation in this situation cannot be the main reason of syrinx development.